JP2004087816A - 光源装置および画像記録装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体レーザチップの後端面側にフォトダイオードを有しない半導体レーザにおいて、本来の用途として用いるべき光の光量低下を最小限に抑えて光量のモニタを行う。
【解決手段】光源装置3において、半導体レーザチップ21の前端面から出射された光ビームLaは、まずコリメートレンズ38により略平行光とされる。前記略平行光となった光束L0は、開口部34aを有する平面鏡(反射鏡)34により周辺光束Lcと中心光Lbとに空間分割される。ここで、平面鏡34により反射された周辺光Lcはフォトダイオード26へ導かれ、光量のモニタに使用される。平面鏡34の開口部34aを通過した中心光Lbは画像記録に使用される。
【選択図】 図7
【解決手段】光源装置3において、半導体レーザチップ21の前端面から出射された光ビームLaは、まずコリメートレンズ38により略平行光とされる。前記略平行光となった光束L0は、開口部34aを有する平面鏡(反射鏡)34により周辺光束Lcと中心光Lbとに空間分割される。ここで、平面鏡34により反射された周辺光Lcはフォトダイオード26へ導かれ、光量のモニタに使用される。平面鏡34の開口部34aを通過した中心光Lbは画像記録に使用される。
【選択図】 図7
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像読取装置や画像記録装置、それに光ディスクのピックアップユニットの光源として用いられる光源装置および前記光源装置を備える画像記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
画像信号に応じて変調した光ビームによって記録材料上を走査することにより画像を記録する画像記録装置においては、光ビームの出力が安定化するように制御する必要がある。
【0003】
このような画像記録装置においては、光源として半導体レーザを用いた光源装置が多く使用される。半導体レーザの光ビーム出力を安定化する技術として、オートパワーコントロール(以下APCという。)がある。APCは、半導体レーザ素子から出射される光ビームの光量をフォトダイオードなどの光センサでモニタして、前記光量が一定となるように半導体レーザ素子への注入電流を制御するものである。
【0004】
APCの光量モニタを行う第1の従来技術として、半導体レーザチップの後端面から出射する光ビームをフォトダイオードで受けて、光量をモニタする方式がある。半導体レーザチップの前後のへき開面の反射率が等しい場合には、後端面からも前端面と同出力の光が出射されるため、このような光量モニタの方式は有効である。
【0005】
また、半導体レーザチップの後端面側にフォトダイオードを有しない半導体レーザ素子を使用する場合においては、APCの光量モニタを行う第2の従来技術として、ハーフミラーによる光ビームの分離を利用したものがある。図9は、ハーフミラーを用いた場合のAPCの機能を示す概略図である。半導体レーザチップ41の前端面から出射した光ビームはハーフミラー44などで分割され、一方の光401が画像記録などの本来の用途に使用される。他の光402はフォトダイオードなどの光センサ42へ導かれ、光量モニタの用途に使用される。制御機構43は、光センサ42の検出結果を所定の基準値と比較し、その比較結果に応じたフィードバック制御を行うことによって、半導体レーザチップ41の前端面からの光ビームの出力が一定となるように制御を行う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記の第1の従来技術において、高出力の半導体レーザ素子では、レーザチップの後端面からの光出力を抑え、前端面から光ビームを集中して出射する工夫がなされる。このため、後端面からの光出力では光量モニタに十分ではない場合がある。
【0007】
また、第2の従来技術においては、本来の用途として用いるべき光の一部を光量モニタの用途に使用するため、本来の用途として用いる光の光量が低下する、という問題があった。
【0008】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、本来の用途として用いるべき光の光量低下を最小限に抑えつつ光量のモニタを行うことが可能な光源装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、光源装置であって、第1の光を発生する光源本体と、前記第1の光を、当該第1の光の空間的広がりの中心側に存在する中心光と、前記広がりの周辺側に存在する周辺光とに空間分割する光学系と、前記周辺光を受光してモニタする光センサとを備え、前記中心光を第2の光として当該光源装置の外部に出射することを特徴とする。
【0010】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の光源装置であって、前記光学系は、中心側に透光部が形成された反射鏡を備え、前記中心光は、前記第1の光のうち前記透光部を通過した部分によって得られる一方、前記周辺光は前記第1の光のうち前記反射鏡で反射された部分によって得られることを特徴とする。
【0011】
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の光源装置であって、前記透光部は、前記反射鏡に貫通形成された中空の開口部であることを特徴とする。
【0012】
請求項4に係る発明は、請求項2または請求項3に記載の光源装置であって、前記光センサは、前記反射鏡に関して前記光源本体と同じ側の空間に、前記光源本体と並列的に配置されているとともに、前記反射鏡の光軸が前記第1の光の光軸から傾いており、前記周辺光は前記第1の光の光軸から傾いた方向に反射されて前記光センサの受光面に入射することを特徴とする。
【0013】
請求項5に係る発明は、請求項3または請求項4に記載の光源装置であって、前記反射鏡の前記開口部の内壁面は、前記第2の光の出射方向に向かって開いたテーパ状とされていることを特徴とする。
【0014】
請求項6に係る発明は、請求項2ないし請求項5のいずれかに記載の光源装置であって、前記第1の光は、前記光源本体から出射した拡散光の状態で前記反射鏡に入射し、前記反射鏡として凹面鏡が用いられていることによって、前記周辺光は収束光の状態で前記光センサに入射することを特徴とする。
【0015】
請求項7に係る発明は、請求項2ないし請求項5のいずれかに記載の光源装置であって、前記反射鏡として平面鏡が使用され、前記光源本体と前記反射鏡との間の光路に介挿されたコリメートレンズ、をさらに備え、前記第1の光は、前記光源本体から拡散光の状態で出射した後に、前記コリメートレンズによって略平行光に変換されて前記平面鏡に入射し、該平面鏡で反射された周辺光は略平行光の状態で前記光センサに入射することを特徴とする。
【0016】
請求項8に係る発明は、請求項2ないし請求項7のいずれかに記載の光源装置であって、筒体の一端側に取り付け部材を介して前記光源本体が取り付けられ、前記筒体の他端側に前記反射鏡が取り付けられているとともに、前記取り付け部材に関して前記反射鏡の反対側に前記光センサが配置され、前記周辺光は、前記取り付け部材に設けた開口を通過して前記光センサに到達することを特徴とする。
【0017】
請求項9に係る発明は、請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の光源装置であって、前記光源本体は半導体レーザチップであることを特徴とする。
【0018】
請求項10に係る発明は、請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の光源装置と、前記光源装置から出射される前記第2の光ビームを画像信号に応じて変調する変調手段と、変調後の前記第2の光によって記録媒体を露光走査する走査機構とを備えることを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【0020】
<1. 第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る光源装置2を含む画像記録装置1の全体構成を示す概略図である。
【0021】
図1に示すように、画像記録装置1は、光源装置2、コリメートレンズ11、シリンドリカルレンズ12、ポリゴンミラー(回転多面鏡)13、fθレンズ14、およびアナモルフィックレンズ15、を備える。この実施形態における被走査面16は画像記録媒体としての感材フィルムの感光面であり、この被走査面16は、それを挟持するローラ対によって、図1の紙面を貫くX方向に順次に送られる。
【0022】
この画像記録装置にはさらに、光源装置2に電力Pを供給する電源回路19と、電源回路19へデジタル画像信号Sを供給する画像信号供給装置18とを備えている。画像信号供給装置18はその内部に画像データを記憶しておく装置であってもよく、他の装置から画像データを受け取って電源回路19へ与える装置であってもよい。
【0023】
光源装置2の詳細は後述するが、この光源装置2へ電力Pを供給する電源回路19は、画像信号供給装置18から与えられる画像信号Sに応じて電力PのON/OFF制御を行い、光源装置2から出射する光ビーム(レーザビーム)201の変調を行う。光源装置2から出射された光ビーム201は、コリメートレンズ11およびシリンドリカルレンズ12により略平行光へとビーム整形される。ポリゴンミラー13はモータによって毎分数万回転しており、整形された前記光ビームは、ポリゴンミラー13により等角速度で周期的に反射偏向される。さらに、光ビームはfθレンズ14を通過することにより前記等角速度運動から周期的な等速度運動に変換され、アナモルフィックレンズ15を通過することにより主走査方向(Y方向)に対して垂直方向(X方向)に収束されて被走査面16上に結像される。一方、被走査面16は、既述したローラ対などにより副走査方向(X方向)へ順次に移動する。ポリゴンミラー13による周期的偏向は主走査を実現し、被走査面16の順次移動は副走査を実現する。以上の機構により、光源装置2から出射された光ビーム201は、画像信号Sに応じてON/OFF変調を受けつつ、X−Y面内で被走査面16上を2次元的に露光走査する。画像信号Sが網点画像を表現している場合には、この画像信号Sに応じた網点画像(潜像)が、被走査面16上に形成されることになる。
【0024】
光ビーム201を画像信号Sに応じて変調する手段は、前記のように電源回路19により直接変調する方式以外に、光源装置2から連続的に出射される光ビームを、光路上に挿入された音響光学変調器(AOM)が画像信号Sに応答してON/OFF制御を行う方式であってもよい。
【0025】
図2(a)は、画像記録装置1に設けられた光源装置2の内部構造を示す図である。図2(a)に示すように、光源装置2では、光源本体としての半導体レーザチップ21が、取り付け板22上に取り付けられて固定されている。半導体レーザチップ21の発光面は、取り付け板22のほぼ中央に形成した凹部22aから露出している。また、この取り付け板22の板面には鏡筒23の一端が固定されており、この鏡筒23の他端には、円形の開口25aを有する凹面鏡ホルダ25が設けられている。また、凹面鏡ホルダ25の内面には、透光部として円形の開口部24aが貫通形成された凹面鏡(反射鏡)24が取り付けられているが、この凹面鏡24の光軸AM(図2(b))すなわち凹面鏡24の光学的回転中心軸は、半導体レーザチップ21からの光Laの光軸ALから角度φだけ傾いている。ただし、図2(b)におけるこの傾き角度φは、実際の傾きよりも誇張して描かれている。
【0026】
一方、取り付け板22のうち半導体レーザチップ21を取り付けている凹部22aから所定距離だけオフセットした箇所には開口部22bが形成されており、この開口部22bの後方にはフォトダイオード26が設けられている。
【0027】
すなわち、フォトダイオード26は、凹面鏡24に関して半導体レーザチップ21と同じ側の空間に、半導体レーザチップ21と並列的に配置されており、取り付け板22に関して凹面鏡24の反対側に配置されていることになる。
【0028】
フォトダイオード26の受光面26aは、凹面鏡24に対向している。取り付け板22の後面には、棒状の中継部材28aとボルト28bとによって回路基板27が取り付けられている。この回路基板27は、フォトダイオード26での受光信号Fに基づいて半導体レーザチップ21への供給電流Gをフィードバック制御する注入電流制御用の回路が組まれている。
【0029】
中継部材28aからボルト28bを取り外すことによって、半導体レーザチップ21、フォトダイオード26および回路基板27は、この光源装置2からそれぞれ単独にとりはずすことが可能な着脱自在構造となっている。
【0030】
半導体レーザチップ21の前端面から出射したレーザ光束(第1の光)Laは拡散光束となっており、この光束Laは凹面鏡24に向かって進んだ後、凹面鏡24の開口部24aを通過する光束Lbと、凹面鏡24の鏡面24mで反射される光束Lcとに空間分割される。このうち凹面鏡24の開口部24aを通過する光束Lbは、入射光束Laの空間的広がりの中心側に存在する中心光であって、この光源装置2から出射して図1の光ビーム(第2の光)201となる。また、凹面鏡24の鏡面24mで反射された光束Lcは、入射光束Laの空間的広がりの周辺側に存在してリング状の断面光量分布を持つ周辺光であって、取り付け板22の開口部22bを通過して収束光の状態でフォトダイオード26の受光面26aへ導かれ、この受光面26aにおいて、ある程度の広がりで受光される。
【0031】
図示の便宜上、図2(a)では周辺光Lcはフォトダイオード26の受光面26aに光源が像を結ぶかのように表現されているが、周辺光Lcは、単独かつ小型のフォトダイオード26の受光面26aによってそのほとんどの光量を受光できる程度まで凹面鏡24によって集光されて収束光の状態になるだけであって、ある程度の広がり(オフフォーカス)で受光面26aに入射する。それは、受光面26a上で結像させた場合には、その結像箇所だけに継続して周辺光Lcが集中して入射し続けることとなり、それによって受光面26aの局所的劣化が生じやすいためである。
【0032】
これに対して、この実施形態のように受光面26aのある程度以上の部分で周辺光Lcを受光するように、凹面鏡24の鏡面24mの曲率を選択することにより、フォトダイオード26の寿命を伸ばすことが可能となる。好ましくは、受光面26aの有効受光面積の約1/5以上、さらに好ましくは約1/3以上の部分で周辺光Lcを受光する。
【0033】
このフォトダイオード26の受光面26aで受光した周辺光Lcの光量は、半導体レーザチップ21の発光量にほぼ比例している。このため、フォトダイオード26の受光信号Fに基づいて、回路基板27上の制御回路が半導体レーザチップ21への供給電流Gをフィードバック制御(APC制御)することにより、半導体レーザチップ21からの光Laとして安定した光出力が得られる。
【0034】
ここで、本実施形態において半導体レーザチップ21から出射する光Laのうち周辺光Lcを光量のモニタの用途に使用することの意味について、図3および図4を参照しながら以下に説明する。
【0035】
一般に、半導体レーザチップ53から出射される光の広がり角θは、半値全角で示すと、垂直方向で20〜30度程度ある。この広がり角を持つ光を全て使用するためには、図4に示すように、光源側に開口数の大きいレンズ61を使用しなければならない。しかし、像側のレンズ52の開口数が焦点深度の関係などで変えることが出来ない場合には、光源側の開口数の大きなレンズ61による像拡大効果だけが残るために、図4に示すように、全体の光学倍率が大きくなり、半導体レーザチップ53の位置ずれ等が像面の焦点の位置変化に及ぼす影響が大きくなってしまう。
【0036】
したがって、画像記録装置(特に光ビーム偏向型の画像記録装置)においては、図3に示すように、通常は半導体レーザチップ53から出射される光束のうち、周辺光502は使用されない。本発明では、このような周辺光を光量モニタの用途として使用することにより、本来の用途として使用する中心部の光量の低下を最小限に抑えつつ光量モニタを有効に行うことが可能となる。
【0037】
また図2に示すように、この実施形態では、凹面鏡24の開口部24aの内壁面24bが、外向き(すなわち出射光束Laが進む方向)に広がるテーパ状に加工されている。その理由を図5を参照して説明する。
【0038】
図5においては、反射鏡74(図2の凹面鏡24に対応する鏡部材)の開口部74aがテーパ状に加工されておらず、鏡面に対して直角に貫通した直孔とされている。この場合には、反射鏡74の開口部74a付近に入射する光束701〜704のうち、光束701、704は反射鏡74の鏡面により反射され、光量のモニタの用途に使用される。光束702、703は、反射鏡74の開口部74aの入口側の断面は通過するが、このうち開口部74aを無反射で通過して本来の用途に使用されるべき光束702aとなるのは光束702だけであり、光束703は反射鏡74の開口部74aの内壁面に当たって反射し(いわゆる「ケラれ」が生じ)、光束703aのように意図しない方向に進むか、あるいは散乱光ないしは迷光となって画像記録その他の本来の用途の障害となる。また、光量の利用効率という観点からも、本来の用途に使用されるべき光束702,703のうち、光束703に相当する分の光量損失が生じることになる。そこで、本実施形態では、図5中に点線で示したように、反射鏡74の開口部の内壁面74bをテーパ状に加工することにより、光束73も開口部74aを通過させるようにしている。図2の凹面鏡24における開口部24bのテーパ形状がこれに相当する。これによって、この光源装置2は光量損失が特に少ない光源装置となっている。
【0039】
<2. 第2の実施の形態>
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る光源装置3を含む画像記録装置10の全体構成を示す概略図である。また、図7はこの光源装置3の内部構造を示す図であり、図8はその先端部の拡大図である。
【0040】
以下では、画像記録装置10および光源装置3の構成のうち、第1の実施の形態の装置と異なる部分だけを説明し、第1の実施の形態と同一の部分については同一の参照符号を付して重複説明を省略する。
【0041】
後述するようにこの第2の実施の形態の光源装置3では、光源装置3の内部にコリメートレンズを内蔵している。したがって、図6の画像記録装置10においては、図1のコリメートレンズ11に相当するレンズは光源装置3の外部には設けられていない。
【0042】
図7を参照して、光源装置3では、鏡筒23の内部空間のうち半導体レーザチップ21の取り付け板22に隣接する位置にコリメートレンズホルダ39が設けられている。このコリメートレンズホルダ39には段差を有する貫通孔39aが形成されており、貫通孔39aのこの段差の部分にコリメートレンズ38が固定されている。この内蔵コリメートレンズ38が、図1における外部コリメートレンズ11の代替機能を果たしている。
【0043】
一方、鏡筒23の他端には略円板状の平面鏡ホルダ35が取り付けられており、平面鏡ホルダ35のほぼ中心には略円形の開口部35a(図8)が形成されている。ここで、第1の実施の形態に関連して図2(b)で説明したものと同様に、平面鏡34の光軸AMはこれに入射する光束L0の光軸AL(図8)と平行ではなく、光軸ALに対してゼロでない有限の傾き角度φを持っている。
【0044】
半導体レーザチップ21の前端面から出射された拡散光状態の光ビーム(第1の光)Laは、まずコリメートレンズ38により略平行光の光束L0とされる。平行光束L0の光軸ALは、半導体レーザチップ21の出射光Laの光軸と略一致している。そして、この光束L0は、平面鏡34の開口部34aを通過する中心光Lbと、平面鏡34の鏡面34mで反射される周辺光Lcとに空間分割される。このうち平面鏡34の開口部34aを通過した中心光Lbは、この光源装置3から出て図6の光ビーム301(第2の光)となる。
【0045】
また、平面鏡34の鏡面34mで反射された周辺光Lcは、取り付け板22の開口部22bを通過してフォトダイオード26の受光面26aへ導かれ、この受光面26aにおいて、ある程度の広がりで受光される。
【0046】
受光面26aにおける周辺光Lcの受光スポットのサイズに関する好ましい条件は第1の実施の形態と同じである。第2の実施の形態においては、このような好ましい条件は、コリメートレンズ38の曲率の選択によって満足される。
【0047】
フォトダイオード26の受光信号Fは、APC制御に使用される。すなわち、基板27上の回路により、この受光信号Fのレベルが一定となるように半導体レーザチップ21への注入電流Gが制御される。
【0048】
この第2の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、本来の用途には使用されない周辺光を光量モニタの用途として使用することにより、本来の用途として使用する中心光の光量の低下を最小限に抑えることが可能である。
【0049】
さらに、第1の実施の形態と同様に、平面鏡34の開口部34aの内壁面34bが外向き(すなわち出射光Lbが進む方向)に向かって広がるテーパ状に加工されおり、開口部の内壁面による光の反射は最小限に抑えられている。
【0050】
なお、反射鏡として平面鏡34を用いることにより反射後の周辺光Lcも略平行光となり、仮にフォトダイオード26側での位置ずれが起こったとしても、フォトダイオード26の受光面26a上の一点に光が結像してしまってフォトダイオード26の劣化が進むということもない。
【0051】
<3. 変形例>
この発明の光源装置を単一のモジュールに組み付ける場合には、上記のように反射鏡を使用することが好ましいが、他の光学系(レンズやプリズムなど)を使用して中心光と周辺光との空間分割を行ってもよい。反射鏡を用いる場合にも、中心光を透過させる部分は、中空の開口部でなくてもよく、一般に、光が通過する透光部であれば足りる。したがって、中心部が透明ガラスエリアとなっており、周辺部が反射エリアとなっているような光学部材を使用してもよい。
【0052】
また、光源本体と反射鏡との間にコリメートレンズを配置したうえで、反射鏡として凹面鏡を用いる構成であってもよい。すなわち、光源本体から出射した拡散光をコリメートレンズで略平行光とした後、凹面鏡により周辺光を収束光としてフォトダイオードの受光面へ導く構成であってもよい。
【0053】
光センサによる受光信号に応答して光源本体への供給電力を制御する回路は、この光源装置に内蔵しておいてもよく、外部に設けておいても良い。
【0054】
この発明の光源装置は、画像記録装置だけでなく、画像読取り装置や光ディスクのピックアップユニットの光源装置などとしても利用可能である。
【0055】
【発明の効果】
以上のように、請求項1に記載の発明によれば、光源本体から出射される光束の中で、本来の用途として使用しない周辺光を利用して、光量のモニタを行うことが可能である。すなわち、光源本体から出射される光束のうち、本来の用途として使用する中心光の光量低下を最小限に抑えて光量のモニタを行うことが可能である。
【0056】
請求項2、請求項3、および請求項4に記載の発明によれば、光量のモニタに使用する周辺光を第1の光から傾いた方向に反射させることにより、光源装置全体をより小型化することが可能である。
【0057】
請求項5に記載の発明によれば、反射鏡の開口部の内壁面において本来の用途に使用されるべき光束の一部が反射し、画像記録その他の本来の用途の障害となることを防止できる。また、光量の利用効率という観点からも本来の用途に使用する光量の損失をより減少することが可能である。
【0058】
請求項6に記載の発明によれば、光量のモニタに使用する周辺光を、凹面鏡で反射するとともに集光することにより、単独かつ小型の光センサを用いて光量のモニタを行うことが可能である。
【0059】
請求項7に記載の発明によれば、反射鏡として平面鏡を使用することにより、反射後の周辺光も略平行光となるため、仮に光センサの位置ずれが生じたとしても、光センサの受光面上の一点に光が結像してしまって光センサの劣化が進むということが起こり得ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る光源装置2を含む画像記録装置1の全体構成を示す概略図である。
【図2】光源装置2の内部構造と光軸関係とを示す図である。
【図3】半導体レーザチップ53の周辺の光束を利用しない場合の光学系を示す図である。
【図4】光源側に開口数の大きいコリメートレンズ61を使用し、半導体レーザチップ53の周辺光も利用する場合の光学系を示す図である。
【図5】反射鏡の開口部の内壁面がテーパ状でない場合の光束の進路を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態に係る光源装置3を含む画像記録装置10の全体構成を示す概略図である。
【図7】光源装置3の内部構造を示す図である。
【図8】光源装置3の先端構造を示す拡大図である。
【図9】ハーフミラー44を用いた場合のAPCの機能を示す概略図である。
【符号の説明】
1、10 画像記録装置
2、3 光源装置
11、38 コリメートレンズ
16 被走査面
21 半導体レーザチップ(光源本体)
22 半導体レーザチップの取り付け板
23 鏡筒
24 凹面鏡
25 凹面鏡ホルダ
26 フォトダイオード(光センサ)
27 基板
34 平面鏡
35 平面鏡ホルダ
39 コリメートレンズホルダ
La、L0 光源本体からの光(第1の光)
Lb 中心光(第2の光)
Lc 周辺光
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像読取装置や画像記録装置、それに光ディスクのピックアップユニットの光源として用いられる光源装置および前記光源装置を備える画像記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
画像信号に応じて変調した光ビームによって記録材料上を走査することにより画像を記録する画像記録装置においては、光ビームの出力が安定化するように制御する必要がある。
【0003】
このような画像記録装置においては、光源として半導体レーザを用いた光源装置が多く使用される。半導体レーザの光ビーム出力を安定化する技術として、オートパワーコントロール(以下APCという。)がある。APCは、半導体レーザ素子から出射される光ビームの光量をフォトダイオードなどの光センサでモニタして、前記光量が一定となるように半導体レーザ素子への注入電流を制御するものである。
【0004】
APCの光量モニタを行う第1の従来技術として、半導体レーザチップの後端面から出射する光ビームをフォトダイオードで受けて、光量をモニタする方式がある。半導体レーザチップの前後のへき開面の反射率が等しい場合には、後端面からも前端面と同出力の光が出射されるため、このような光量モニタの方式は有効である。
【0005】
また、半導体レーザチップの後端面側にフォトダイオードを有しない半導体レーザ素子を使用する場合においては、APCの光量モニタを行う第2の従来技術として、ハーフミラーによる光ビームの分離を利用したものがある。図9は、ハーフミラーを用いた場合のAPCの機能を示す概略図である。半導体レーザチップ41の前端面から出射した光ビームはハーフミラー44などで分割され、一方の光401が画像記録などの本来の用途に使用される。他の光402はフォトダイオードなどの光センサ42へ導かれ、光量モニタの用途に使用される。制御機構43は、光センサ42の検出結果を所定の基準値と比較し、その比較結果に応じたフィードバック制御を行うことによって、半導体レーザチップ41の前端面からの光ビームの出力が一定となるように制御を行う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記の第1の従来技術において、高出力の半導体レーザ素子では、レーザチップの後端面からの光出力を抑え、前端面から光ビームを集中して出射する工夫がなされる。このため、後端面からの光出力では光量モニタに十分ではない場合がある。
【0007】
また、第2の従来技術においては、本来の用途として用いるべき光の一部を光量モニタの用途に使用するため、本来の用途として用いる光の光量が低下する、という問題があった。
【0008】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、本来の用途として用いるべき光の光量低下を最小限に抑えつつ光量のモニタを行うことが可能な光源装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、光源装置であって、第1の光を発生する光源本体と、前記第1の光を、当該第1の光の空間的広がりの中心側に存在する中心光と、前記広がりの周辺側に存在する周辺光とに空間分割する光学系と、前記周辺光を受光してモニタする光センサとを備え、前記中心光を第2の光として当該光源装置の外部に出射することを特徴とする。
【0010】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の光源装置であって、前記光学系は、中心側に透光部が形成された反射鏡を備え、前記中心光は、前記第1の光のうち前記透光部を通過した部分によって得られる一方、前記周辺光は前記第1の光のうち前記反射鏡で反射された部分によって得られることを特徴とする。
【0011】
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の光源装置であって、前記透光部は、前記反射鏡に貫通形成された中空の開口部であることを特徴とする。
【0012】
請求項4に係る発明は、請求項2または請求項3に記載の光源装置であって、前記光センサは、前記反射鏡に関して前記光源本体と同じ側の空間に、前記光源本体と並列的に配置されているとともに、前記反射鏡の光軸が前記第1の光の光軸から傾いており、前記周辺光は前記第1の光の光軸から傾いた方向に反射されて前記光センサの受光面に入射することを特徴とする。
【0013】
請求項5に係る発明は、請求項3または請求項4に記載の光源装置であって、前記反射鏡の前記開口部の内壁面は、前記第2の光の出射方向に向かって開いたテーパ状とされていることを特徴とする。
【0014】
請求項6に係る発明は、請求項2ないし請求項5のいずれかに記載の光源装置であって、前記第1の光は、前記光源本体から出射した拡散光の状態で前記反射鏡に入射し、前記反射鏡として凹面鏡が用いられていることによって、前記周辺光は収束光の状態で前記光センサに入射することを特徴とする。
【0015】
請求項7に係る発明は、請求項2ないし請求項5のいずれかに記載の光源装置であって、前記反射鏡として平面鏡が使用され、前記光源本体と前記反射鏡との間の光路に介挿されたコリメートレンズ、をさらに備え、前記第1の光は、前記光源本体から拡散光の状態で出射した後に、前記コリメートレンズによって略平行光に変換されて前記平面鏡に入射し、該平面鏡で反射された周辺光は略平行光の状態で前記光センサに入射することを特徴とする。
【0016】
請求項8に係る発明は、請求項2ないし請求項7のいずれかに記載の光源装置であって、筒体の一端側に取り付け部材を介して前記光源本体が取り付けられ、前記筒体の他端側に前記反射鏡が取り付けられているとともに、前記取り付け部材に関して前記反射鏡の反対側に前記光センサが配置され、前記周辺光は、前記取り付け部材に設けた開口を通過して前記光センサに到達することを特徴とする。
【0017】
請求項9に係る発明は、請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の光源装置であって、前記光源本体は半導体レーザチップであることを特徴とする。
【0018】
請求項10に係る発明は、請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の光源装置と、前記光源装置から出射される前記第2の光ビームを画像信号に応じて変調する変調手段と、変調後の前記第2の光によって記録媒体を露光走査する走査機構とを備えることを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【0020】
<1. 第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る光源装置2を含む画像記録装置1の全体構成を示す概略図である。
【0021】
図1に示すように、画像記録装置1は、光源装置2、コリメートレンズ11、シリンドリカルレンズ12、ポリゴンミラー(回転多面鏡)13、fθレンズ14、およびアナモルフィックレンズ15、を備える。この実施形態における被走査面16は画像記録媒体としての感材フィルムの感光面であり、この被走査面16は、それを挟持するローラ対によって、図1の紙面を貫くX方向に順次に送られる。
【0022】
この画像記録装置にはさらに、光源装置2に電力Pを供給する電源回路19と、電源回路19へデジタル画像信号Sを供給する画像信号供給装置18とを備えている。画像信号供給装置18はその内部に画像データを記憶しておく装置であってもよく、他の装置から画像データを受け取って電源回路19へ与える装置であってもよい。
【0023】
光源装置2の詳細は後述するが、この光源装置2へ電力Pを供給する電源回路19は、画像信号供給装置18から与えられる画像信号Sに応じて電力PのON/OFF制御を行い、光源装置2から出射する光ビーム(レーザビーム)201の変調を行う。光源装置2から出射された光ビーム201は、コリメートレンズ11およびシリンドリカルレンズ12により略平行光へとビーム整形される。ポリゴンミラー13はモータによって毎分数万回転しており、整形された前記光ビームは、ポリゴンミラー13により等角速度で周期的に反射偏向される。さらに、光ビームはfθレンズ14を通過することにより前記等角速度運動から周期的な等速度運動に変換され、アナモルフィックレンズ15を通過することにより主走査方向(Y方向)に対して垂直方向(X方向)に収束されて被走査面16上に結像される。一方、被走査面16は、既述したローラ対などにより副走査方向(X方向)へ順次に移動する。ポリゴンミラー13による周期的偏向は主走査を実現し、被走査面16の順次移動は副走査を実現する。以上の機構により、光源装置2から出射された光ビーム201は、画像信号Sに応じてON/OFF変調を受けつつ、X−Y面内で被走査面16上を2次元的に露光走査する。画像信号Sが網点画像を表現している場合には、この画像信号Sに応じた網点画像(潜像)が、被走査面16上に形成されることになる。
【0024】
光ビーム201を画像信号Sに応じて変調する手段は、前記のように電源回路19により直接変調する方式以外に、光源装置2から連続的に出射される光ビームを、光路上に挿入された音響光学変調器(AOM)が画像信号Sに応答してON/OFF制御を行う方式であってもよい。
【0025】
図2(a)は、画像記録装置1に設けられた光源装置2の内部構造を示す図である。図2(a)に示すように、光源装置2では、光源本体としての半導体レーザチップ21が、取り付け板22上に取り付けられて固定されている。半導体レーザチップ21の発光面は、取り付け板22のほぼ中央に形成した凹部22aから露出している。また、この取り付け板22の板面には鏡筒23の一端が固定されており、この鏡筒23の他端には、円形の開口25aを有する凹面鏡ホルダ25が設けられている。また、凹面鏡ホルダ25の内面には、透光部として円形の開口部24aが貫通形成された凹面鏡(反射鏡)24が取り付けられているが、この凹面鏡24の光軸AM(図2(b))すなわち凹面鏡24の光学的回転中心軸は、半導体レーザチップ21からの光Laの光軸ALから角度φだけ傾いている。ただし、図2(b)におけるこの傾き角度φは、実際の傾きよりも誇張して描かれている。
【0026】
一方、取り付け板22のうち半導体レーザチップ21を取り付けている凹部22aから所定距離だけオフセットした箇所には開口部22bが形成されており、この開口部22bの後方にはフォトダイオード26が設けられている。
【0027】
すなわち、フォトダイオード26は、凹面鏡24に関して半導体レーザチップ21と同じ側の空間に、半導体レーザチップ21と並列的に配置されており、取り付け板22に関して凹面鏡24の反対側に配置されていることになる。
【0028】
フォトダイオード26の受光面26aは、凹面鏡24に対向している。取り付け板22の後面には、棒状の中継部材28aとボルト28bとによって回路基板27が取り付けられている。この回路基板27は、フォトダイオード26での受光信号Fに基づいて半導体レーザチップ21への供給電流Gをフィードバック制御する注入電流制御用の回路が組まれている。
【0029】
中継部材28aからボルト28bを取り外すことによって、半導体レーザチップ21、フォトダイオード26および回路基板27は、この光源装置2からそれぞれ単独にとりはずすことが可能な着脱自在構造となっている。
【0030】
半導体レーザチップ21の前端面から出射したレーザ光束(第1の光)Laは拡散光束となっており、この光束Laは凹面鏡24に向かって進んだ後、凹面鏡24の開口部24aを通過する光束Lbと、凹面鏡24の鏡面24mで反射される光束Lcとに空間分割される。このうち凹面鏡24の開口部24aを通過する光束Lbは、入射光束Laの空間的広がりの中心側に存在する中心光であって、この光源装置2から出射して図1の光ビーム(第2の光)201となる。また、凹面鏡24の鏡面24mで反射された光束Lcは、入射光束Laの空間的広がりの周辺側に存在してリング状の断面光量分布を持つ周辺光であって、取り付け板22の開口部22bを通過して収束光の状態でフォトダイオード26の受光面26aへ導かれ、この受光面26aにおいて、ある程度の広がりで受光される。
【0031】
図示の便宜上、図2(a)では周辺光Lcはフォトダイオード26の受光面26aに光源が像を結ぶかのように表現されているが、周辺光Lcは、単独かつ小型のフォトダイオード26の受光面26aによってそのほとんどの光量を受光できる程度まで凹面鏡24によって集光されて収束光の状態になるだけであって、ある程度の広がり(オフフォーカス)で受光面26aに入射する。それは、受光面26a上で結像させた場合には、その結像箇所だけに継続して周辺光Lcが集中して入射し続けることとなり、それによって受光面26aの局所的劣化が生じやすいためである。
【0032】
これに対して、この実施形態のように受光面26aのある程度以上の部分で周辺光Lcを受光するように、凹面鏡24の鏡面24mの曲率を選択することにより、フォトダイオード26の寿命を伸ばすことが可能となる。好ましくは、受光面26aの有効受光面積の約1/5以上、さらに好ましくは約1/3以上の部分で周辺光Lcを受光する。
【0033】
このフォトダイオード26の受光面26aで受光した周辺光Lcの光量は、半導体レーザチップ21の発光量にほぼ比例している。このため、フォトダイオード26の受光信号Fに基づいて、回路基板27上の制御回路が半導体レーザチップ21への供給電流Gをフィードバック制御(APC制御)することにより、半導体レーザチップ21からの光Laとして安定した光出力が得られる。
【0034】
ここで、本実施形態において半導体レーザチップ21から出射する光Laのうち周辺光Lcを光量のモニタの用途に使用することの意味について、図3および図4を参照しながら以下に説明する。
【0035】
一般に、半導体レーザチップ53から出射される光の広がり角θは、半値全角で示すと、垂直方向で20〜30度程度ある。この広がり角を持つ光を全て使用するためには、図4に示すように、光源側に開口数の大きいレンズ61を使用しなければならない。しかし、像側のレンズ52の開口数が焦点深度の関係などで変えることが出来ない場合には、光源側の開口数の大きなレンズ61による像拡大効果だけが残るために、図4に示すように、全体の光学倍率が大きくなり、半導体レーザチップ53の位置ずれ等が像面の焦点の位置変化に及ぼす影響が大きくなってしまう。
【0036】
したがって、画像記録装置(特に光ビーム偏向型の画像記録装置)においては、図3に示すように、通常は半導体レーザチップ53から出射される光束のうち、周辺光502は使用されない。本発明では、このような周辺光を光量モニタの用途として使用することにより、本来の用途として使用する中心部の光量の低下を最小限に抑えつつ光量モニタを有効に行うことが可能となる。
【0037】
また図2に示すように、この実施形態では、凹面鏡24の開口部24aの内壁面24bが、外向き(すなわち出射光束Laが進む方向)に広がるテーパ状に加工されている。その理由を図5を参照して説明する。
【0038】
図5においては、反射鏡74(図2の凹面鏡24に対応する鏡部材)の開口部74aがテーパ状に加工されておらず、鏡面に対して直角に貫通した直孔とされている。この場合には、反射鏡74の開口部74a付近に入射する光束701〜704のうち、光束701、704は反射鏡74の鏡面により反射され、光量のモニタの用途に使用される。光束702、703は、反射鏡74の開口部74aの入口側の断面は通過するが、このうち開口部74aを無反射で通過して本来の用途に使用されるべき光束702aとなるのは光束702だけであり、光束703は反射鏡74の開口部74aの内壁面に当たって反射し(いわゆる「ケラれ」が生じ)、光束703aのように意図しない方向に進むか、あるいは散乱光ないしは迷光となって画像記録その他の本来の用途の障害となる。また、光量の利用効率という観点からも、本来の用途に使用されるべき光束702,703のうち、光束703に相当する分の光量損失が生じることになる。そこで、本実施形態では、図5中に点線で示したように、反射鏡74の開口部の内壁面74bをテーパ状に加工することにより、光束73も開口部74aを通過させるようにしている。図2の凹面鏡24における開口部24bのテーパ形状がこれに相当する。これによって、この光源装置2は光量損失が特に少ない光源装置となっている。
【0039】
<2. 第2の実施の形態>
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る光源装置3を含む画像記録装置10の全体構成を示す概略図である。また、図7はこの光源装置3の内部構造を示す図であり、図8はその先端部の拡大図である。
【0040】
以下では、画像記録装置10および光源装置3の構成のうち、第1の実施の形態の装置と異なる部分だけを説明し、第1の実施の形態と同一の部分については同一の参照符号を付して重複説明を省略する。
【0041】
後述するようにこの第2の実施の形態の光源装置3では、光源装置3の内部にコリメートレンズを内蔵している。したがって、図6の画像記録装置10においては、図1のコリメートレンズ11に相当するレンズは光源装置3の外部には設けられていない。
【0042】
図7を参照して、光源装置3では、鏡筒23の内部空間のうち半導体レーザチップ21の取り付け板22に隣接する位置にコリメートレンズホルダ39が設けられている。このコリメートレンズホルダ39には段差を有する貫通孔39aが形成されており、貫通孔39aのこの段差の部分にコリメートレンズ38が固定されている。この内蔵コリメートレンズ38が、図1における外部コリメートレンズ11の代替機能を果たしている。
【0043】
一方、鏡筒23の他端には略円板状の平面鏡ホルダ35が取り付けられており、平面鏡ホルダ35のほぼ中心には略円形の開口部35a(図8)が形成されている。ここで、第1の実施の形態に関連して図2(b)で説明したものと同様に、平面鏡34の光軸AMはこれに入射する光束L0の光軸AL(図8)と平行ではなく、光軸ALに対してゼロでない有限の傾き角度φを持っている。
【0044】
半導体レーザチップ21の前端面から出射された拡散光状態の光ビーム(第1の光)Laは、まずコリメートレンズ38により略平行光の光束L0とされる。平行光束L0の光軸ALは、半導体レーザチップ21の出射光Laの光軸と略一致している。そして、この光束L0は、平面鏡34の開口部34aを通過する中心光Lbと、平面鏡34の鏡面34mで反射される周辺光Lcとに空間分割される。このうち平面鏡34の開口部34aを通過した中心光Lbは、この光源装置3から出て図6の光ビーム301(第2の光)となる。
【0045】
また、平面鏡34の鏡面34mで反射された周辺光Lcは、取り付け板22の開口部22bを通過してフォトダイオード26の受光面26aへ導かれ、この受光面26aにおいて、ある程度の広がりで受光される。
【0046】
受光面26aにおける周辺光Lcの受光スポットのサイズに関する好ましい条件は第1の実施の形態と同じである。第2の実施の形態においては、このような好ましい条件は、コリメートレンズ38の曲率の選択によって満足される。
【0047】
フォトダイオード26の受光信号Fは、APC制御に使用される。すなわち、基板27上の回路により、この受光信号Fのレベルが一定となるように半導体レーザチップ21への注入電流Gが制御される。
【0048】
この第2の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、本来の用途には使用されない周辺光を光量モニタの用途として使用することにより、本来の用途として使用する中心光の光量の低下を最小限に抑えることが可能である。
【0049】
さらに、第1の実施の形態と同様に、平面鏡34の開口部34aの内壁面34bが外向き(すなわち出射光Lbが進む方向)に向かって広がるテーパ状に加工されおり、開口部の内壁面による光の反射は最小限に抑えられている。
【0050】
なお、反射鏡として平面鏡34を用いることにより反射後の周辺光Lcも略平行光となり、仮にフォトダイオード26側での位置ずれが起こったとしても、フォトダイオード26の受光面26a上の一点に光が結像してしまってフォトダイオード26の劣化が進むということもない。
【0051】
<3. 変形例>
この発明の光源装置を単一のモジュールに組み付ける場合には、上記のように反射鏡を使用することが好ましいが、他の光学系(レンズやプリズムなど)を使用して中心光と周辺光との空間分割を行ってもよい。反射鏡を用いる場合にも、中心光を透過させる部分は、中空の開口部でなくてもよく、一般に、光が通過する透光部であれば足りる。したがって、中心部が透明ガラスエリアとなっており、周辺部が反射エリアとなっているような光学部材を使用してもよい。
【0052】
また、光源本体と反射鏡との間にコリメートレンズを配置したうえで、反射鏡として凹面鏡を用いる構成であってもよい。すなわち、光源本体から出射した拡散光をコリメートレンズで略平行光とした後、凹面鏡により周辺光を収束光としてフォトダイオードの受光面へ導く構成であってもよい。
【0053】
光センサによる受光信号に応答して光源本体への供給電力を制御する回路は、この光源装置に内蔵しておいてもよく、外部に設けておいても良い。
【0054】
この発明の光源装置は、画像記録装置だけでなく、画像読取り装置や光ディスクのピックアップユニットの光源装置などとしても利用可能である。
【0055】
【発明の効果】
以上のように、請求項1に記載の発明によれば、光源本体から出射される光束の中で、本来の用途として使用しない周辺光を利用して、光量のモニタを行うことが可能である。すなわち、光源本体から出射される光束のうち、本来の用途として使用する中心光の光量低下を最小限に抑えて光量のモニタを行うことが可能である。
【0056】
請求項2、請求項3、および請求項4に記載の発明によれば、光量のモニタに使用する周辺光を第1の光から傾いた方向に反射させることにより、光源装置全体をより小型化することが可能である。
【0057】
請求項5に記載の発明によれば、反射鏡の開口部の内壁面において本来の用途に使用されるべき光束の一部が反射し、画像記録その他の本来の用途の障害となることを防止できる。また、光量の利用効率という観点からも本来の用途に使用する光量の損失をより減少することが可能である。
【0058】
請求項6に記載の発明によれば、光量のモニタに使用する周辺光を、凹面鏡で反射するとともに集光することにより、単独かつ小型の光センサを用いて光量のモニタを行うことが可能である。
【0059】
請求項7に記載の発明によれば、反射鏡として平面鏡を使用することにより、反射後の周辺光も略平行光となるため、仮に光センサの位置ずれが生じたとしても、光センサの受光面上の一点に光が結像してしまって光センサの劣化が進むということが起こり得ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る光源装置2を含む画像記録装置1の全体構成を示す概略図である。
【図2】光源装置2の内部構造と光軸関係とを示す図である。
【図3】半導体レーザチップ53の周辺の光束を利用しない場合の光学系を示す図である。
【図4】光源側に開口数の大きいコリメートレンズ61を使用し、半導体レーザチップ53の周辺光も利用する場合の光学系を示す図である。
【図5】反射鏡の開口部の内壁面がテーパ状でない場合の光束の進路を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態に係る光源装置3を含む画像記録装置10の全体構成を示す概略図である。
【図7】光源装置3の内部構造を示す図である。
【図8】光源装置3の先端構造を示す拡大図である。
【図9】ハーフミラー44を用いた場合のAPCの機能を示す概略図である。
【符号の説明】
1、10 画像記録装置
2、3 光源装置
11、38 コリメートレンズ
16 被走査面
21 半導体レーザチップ(光源本体)
22 半導体レーザチップの取り付け板
23 鏡筒
24 凹面鏡
25 凹面鏡ホルダ
26 フォトダイオード(光センサ)
27 基板
34 平面鏡
35 平面鏡ホルダ
39 コリメートレンズホルダ
La、L0 光源本体からの光(第1の光)
Lb 中心光(第2の光)
Lc 周辺光
Claims (10)
- 光源装置であって、
第1の光を発生する光源本体と、
前記第1の光を、当該第1の光の空間的広がりの中心側に存在する中心光と、前記広がりの周辺側に存在する周辺光とに空間分割する光学系と、
前記周辺光を受光してモニタする光センサと、
を備え、
前記中心光を第2の光として当該光源装置の外部に出射することを特徴とする光源装置。 - 請求項1に記載の光源装置であって、
前記光学系は、中心側に透光部が形成された反射鏡を備え、
前記中心光は、前記第1の光のうち前記透光部を通過した部分によって得られる一方、前記周辺光は前記第1の光のうち前記反射鏡で反射された部分によって得られることを特徴とする光源装置。 - 請求項2に記載の光源装置であって、
前記透光部は、前記反射鏡に貫通形成された中空の開口部であることを特徴とする光源装置。 - 請求項2または請求項3に記載の光源装置であって、
前記光センサは、前記反射鏡に関して前記光源本体と同じ側の空間に、前記光源本体と並列的に配置されているとともに、
前記反射鏡の光軸が前記第1の光の光軸から傾いており、
前記周辺光は前記第1の光の光軸から傾いた方向に反射されて前記光センサの受光面に入射することを特徴とする光源装置。 - 請求項3または請求項4に記載の光源装置であって、
前記反射鏡の前記開口部の内壁面は、前記第2の光の出射方向に向かって開いたテーパ状とされていることを特徴とする光源装置。 - 請求項2ないし請求項5のいずれかに記載の光源装置であって、
前記第1の光は、前記光源本体から出射した拡散光の状態で前記反射鏡に入射し、
前記反射鏡として凹面鏡が用いられていることによって、前記周辺光は収束光の状態で前記光センサに入射することを特徴とする光源装置。 - 請求項2ないし請求項5のいずれかに記載の光源装置であって、
前記反射鏡として平面鏡が使用され、
前記光源本体と前記反射鏡との間の光路に介挿されたコリメートレンズ、
をさらに備え、
前記第1の光は、前記光源本体から拡散光の状態で出射した後に、前記コリメートレンズによって略平行光に変換されて前記平面鏡に入射し、
該平面鏡で反射された周辺光は略平行光の状態で前記光センサに入射することを特徴とする光源装置。 - 請求項2ないし請求項7のいずれかに記載の光源装置であって、
筒体の一端側に取り付け部材を介して前記光源本体が取り付けられ、前記筒体の他端側に前記反射鏡が取り付けられているとともに、
前記取り付け部材に関して前記反射鏡の反対側に前記光センサが配置され、
前記周辺光は、前記取り付け部材に設けた開口を通過して前記光センサに到達することを特徴とする光源装置。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の光源装置であって、
前記光源本体は半導体レーザチップであることを特徴とする光源装置。 - 請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の光源装置と、前記光源装置から出射される前記第2の光ビームを画像信号に応じて変調する変調手段と、
変調後の前記第2の光によって記録媒体を露光走査する走査機構と、
を備えることを特徴とする画像記録装置。
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